騰訊科技訊 4月26日消息，馬斯克聲稱，計劃在未來15年到20年，將8萬名地球人送往火星殖民。但是在人類往返火星的旅程啟動之前，有許多事情必須克服。讓人類登陸火星這一艱巨任務的主要參與者中有美國宇航局（NASA）和太空探索技術公司SpaceX，它們在國際空間站的任務上密切合作，但在載人火星任務的設想上存在分歧。
飛船大小很重要
登陸火星最大的挑戰是這趟深空旅行所需的有效載荷質量，其中包括航天器、人員、燃料、補給等等。
這幅藝術想象圖描繪了探索火星的宇航員和火星上的人類棲息地。NASA的毅力號火星車搭載的多項技術更適合探索火星。
目前而言，把東西發射到太空所需的花費就是其等量的黃金價值。
而且有效載荷質量通常只是運載火箭總質量的一小部分。
例如，將阿波羅11號發射到月球軌道的土星5號火箭重達3000噸。
但它只能向近地軌道運送140噸的有效載荷，這只占初始發射質量的5%，向月球軌道輸送50噸的有效載荷，這不到初始發射質量的2%。
質量限制了前往火星的飛船大小和其在太空中的機動。每一次機動都需要更多燃料來啟動火箭發動機，而這些燃料目前必須由飛船自行攜帶進入太空。
SpaceX的計劃是在地球軌道上用另一艘飛船為前往火星的飛船加注燃料，這意味著相比于單次發射，飛船可以攜帶更多燃料前往火星。
時間很重要
另一個與燃料密切相關的挑戰是時間。
將無人駕駛航天器發射到外行星的任務常常沿著圍繞太陽的復雜軌道飛行。它們借助所謂的引力彈弓效應，利用行星引力場進行加速，不斷甩向下一個目標點，以獲得足夠動能抵達目標星球。
這節省了大量燃料，但可能需要數年才能到達目標星球。顯然，這是人類最不愿意做的事情。
SpaceX載人龍飛船藝術想象圖
地球和火星的軌道幾乎都是圓形的，霍曼轉移是在兩顆行星之間旅行最節省燃料的方式。途中只需兩次引擎推進，就能讓飛船借助一個橢圓轉移軌道上從一個行星飛到另一個行星。
地球和火星之間的霍曼轉移大約需要259天，也就是8到9個月的時間。由于地球和火星圍繞太陽運行的軌道不同，大約每兩年才有可能出現一次時間窗口期。
當然，SpaceX聲稱飛船也可以在6個月的時間抵達火星軌道，但這樣做會消耗更多燃料。
安全著陸
假設飛船和宇航員順利抵達火星軌道，下一個挑戰將是著陸。
進入地球的航天器能夠利用與大氣相互作用產生的阻力來減速。這使得飛船只要能承受住與大氣摩擦產生的高溫，就可以在地球表面安全著陸。
但是火星大氣層比地球稀薄100倍。這意味著火星大氣的阻力更小，所以在不借助外力情況下安全著陸是不可能的。
諸如NASA的探路者任務是通過安全氣囊著陸，而鳳凰號任務等則是使用推進器完成著陸。后者同樣需要更多燃料。
在火星上生存
火星上的一天大約是24小時37分鐘，但與地球的相似之處僅限于此。
火星上稀薄的大氣層意味著不能像地球那樣保持熱量，所以火星晝夜循環中的溫度條件非常極端。
火星和地球幾乎沒有相似之處
火星最高溫度是30℃，聽起來很不錯，但最低溫度是-140℃，平均溫度是-63℃。相比之下，地球南極冬季的平均溫度僅為-49℃。
所以人類需要選出在火星上合適生存的地方，還要應對夜間的極端低溫。
火星重力是地球的38%，但空氣主要由二氧化碳和氮氣組成，所以完全不能呼吸的。人類需要建一個能控制氣候的地方。
這幅藝術想象圖顯示了NASA宇航員如何在火星表面工作。左邊是一架類似于靈巧號的火星直升機。
SpaceX計劃發射幾架貨運飛機，攜帶物資包括溫室、太陽能電池板等關鍵基礎設施，還有返回地球任務所需的燃料生產設施。
返回地球
最后的挑戰是如何安全返回地球。
阿波羅11號以大約40000公里/小時的速度進入地球大氣層，剛好低于脫離地球軌道所需的逃逸速度。
從火星返回的飛船返回速度將在47000公里/小時到54000公里/小時之間，具體取決于通過什么樣軌道抵達地球。
在進入大氣層之前，飛船可以減速到約28800公里/小時，但這需要額外的燃料。
宇航員安全返回地球才算得上火星探索任務的成功
如果它們直接進入大氣層，地球大氣的阻力會讓飛船減速，只需要確保飛船能抵御摩擦產生的高溫。
這些只是載人火星任務面臨的一些挑戰，而實現這一目標的所有技術要素都已經擺在面前。人類只需要花費時間和金錢，把所有要素整合在一起。（騰訊科技審校/皎晗）
